JPH11118614A

JPH11118614A - 光信号監視方法および光信号監視装置

Info

Publication number: JPH11118614A
Application number: JP15899998A
Authority: JP
Inventors: Kim Byron Roberts; キム・バイロン・ロバーツ
Original assignee: Northern Telecom Ltd
Current assignee: Nortel Networks Ltd
Priority date: 1997-06-09
Filing date: 1998-06-08
Publication date: 1999-04-30
Also published as: EP0884868B1; DE69829799T2; EP0884868A2; DE69829799D1; EP0884868A3

Abstract

(57)【要約】【課題】ネットワークのパルス化光信号を監視して、
信号の劣化表示を得る手段としてアイ計測データを得る
光信号監視方法および光信号監視方法を提供する。【解決手段】半導体光増幅器を含む干渉計の１つのア
ームを介して、監視すべき光信号を逆伝搬し、半導体光
増幅器の１つの交差変調によって、干渉計の干渉状態を
設定する。電気信号に変換された、その出力は、アイ測
定データを得るよう処理される。そして、ネットワーク
内で発生する劣化の位置を特定すべく、パラメータの抽
出が行われる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光通信システムに
おける光信号のアイ測定に使用する光信号監視方法およ
び光信号監視装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】光通信システムは、通常、ビット速度が
２〜１０Ｇｂ／ｓの範囲にある光パルスを扱うもので、
次の世代のシステムは、最大４０Ｇｂ／ｓ、また、それ
を越えるビット速度を扱うことも期待されている。この
ような高ビット速度では、自己位相変調と交差位相変調
が、高パワー・レベルで発生することが知られている。
そして、伝送を監視して、これらの影響に関した信号劣
化を検出できることが重要である。高ビット速度へ向か
うにつれて発生する問題として、光信号の検出や、それ
に続く電子的な処理を伴う方法を用いて、信号劣化を監
視することが、ますます困難になることがある。それ
は、このような電子的な処理を、非常に高いビット速度
で実行する固有の困難さが存在するためである。

【０００３】光信号が光ネットワークを横断するような
電気通信システムは、通常、伝送導波路、光増幅器、ス
イッチ、交差接続、フィルタ、そして、分散補償器を組
み合わせたものを含んでいる。システムのこれらの構成
要素を監視して、故障や劣化を検出するには、理想的に
は、各構成要素の下流側の個々の位置で、光信号を監視
する必要がある。そうすることで、どの構成要素の劣化
や故障も検出でき、かつ、位置特定を行って、その原因
となっている特定の構成要素を識別できる。

【０００４】しかしながら、現在では、電子的な検出や
アイ測定が可能な処理装置を提供することは、約１０Ｇ
ｂ／ｓを超えるビット速度に対しては非常に高価なもの
となり、従って、通常は、多数のこのような構成要素の
下流側に設けた、広帯域受信器に限定されてしまう。

【０００５】このような受信器に性能監視機を用いて、
アイ・ダイアグラムに関するパラメータを決定する例
は、ハーマン（Ｈａｒｍａｎ）の米国特許第４０９７６
９７号、およびトレンブレイ（Ｔｒｅｍｂｌａｙ）等の
米国特許第４８２３３６０号に開示されている。各々の
場合、光信号が再生され、かつ、信号の質が監視され
る。

【０００６】また、タカラ（Ｈ．Ｔａｋａｒａ）等の
「光サンプリングを用いた１００Ｇｂ／ｓの光信号のア
イ・ダイアグラム計測」（第２２回、光通信ヨーロッパ
会議、ＥＣＯＣ，１９９６年、オスロ）からも、有機非
線形結晶を用いた光サンプリングによるアイ・ダイアグ
ラム計測を知ることができる。電子的な信号へ変換する
前に光サンプリングを用いることができれば、性能の低
い電子処理の使用が容易になる。

【０００７】イドラ（Ｉｄｌｅｒ）他の「一体型多量子
ウエル・ベースの３ポート・マッハ・ツェンダー干渉計
による１０ＧＢ／ｓの波長変換」（ＩＥＥＥフォトニ
クス技術レター、第８巻、第９号、１９９６年９月）か
らは、マッハ・ツェンダー干渉計によって、波長変換に
加えて、単一の光信号の反転が行われることが知れる。
このマッハ・ツェンダー干渉計は、半導体光増幅器を使
用して、その干渉計の第１および第２のアームを介して
送信される入力信号の光成分間の干渉状態を設定する。
これら第１および第２のアームを介して同等に伝搬され
る連続波光信号は、再結合されて、上記の干渉状態に応
じて変調された出力信号を形成する。また、パルス化さ
れた光信号を、上記のアームの１つだけを介して逆に伝
搬することで、そのアーム内の半導体光増幅器の非線形
特性による交差位相変調によって、成分信号の内、１つ
の信号の位相が変調される。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
たように、電子的な検出やアイ測定が可能な処理装置
は、現在では、約１０Ｇｂ／ｓを超えるビット速度に対
してはコスト高となる、という問題がある。

【０００９】また、上記タカラ（Ｈ．Ｔａｋａｒａ）等
のように、有機非線形結晶に依存することは、センサ・
システム中に、その光成分を取り込むことが困難である
という、固有の不利益を持つ。さらに、この方法の主な
欠点は、標本化パルスが高電力、すなわち、２００ワッ
トを越える電力で生成される必要がある、ということで
ある。このため、この方法は、実験室のオシロスコープ
という面においてのみ利用できることになる。

【００１０】他方、上記イドラ（Ｉｄｌｅｒ）他のよう
なシステムでは、依然として、光信号のアイ測定の監視
に対する実際的な方法が必要とされる、という問題があ
る。

【００１１】本発明は、上述の課題に鑑みてなされたも
ので、その目的とするところは、ネットワークのパルス
化光信号を監視して、信号の劣化表示を得る手段として
アイ測定データを得る光信号監視方法および光信号監視
方法を提供することである。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明は、ビット期間を規定するビット速度を有す
るパルス化された光信号を監視する光信号監視方法にお
いて、上記光信号のビット期間に対して短い継続期間を
有する標本化光パルスを生成する工程と、上記標本化光
パルスを干渉計に入力する工程と、上記光信号を上記干
渉計に入力することで、その干渉計の干渉状態を、上記
光信号に依存する程度まで変更する工程と、上記干渉状
態に従って変調された上記標本化光パルスからなる標本
化された光パルスを出力することで、この標本化された
光パルスが、上記標本化光パルスの入力によって決まる
時間に上記光信号の値を表すようにする工程と、上記標
本化された光パルスを検出して電気的なデータ信号を得
る工程と、上記電気的なデータ信号を処理して、上記光
信号のアイ・パターンを表わすアイ測定データを得る工
程とを備える光信号監視方法を提供する。

【００１３】また、他の発明は、ビット期間を規定する
ビット速度を有するパルス化された光信号を監視する光
信号監視装置において、上記光信号のビット期間に対し
て短い継続期間を有する標本化光パルスを生成するよう
動作するパルス発生器と、上記標本化光パルスを受信す
る入力と、上記光信号を受信するさらなる入力とを有す
る干渉計であって、この干渉計の干渉状態を、上記光信
号に依存する程度まで変更し、また、上記干渉状態に従
って変調された上記標本化光パルスからなる標本化され
た光パルスを出力するよう動作する出力を有し、それに
よって、この標本化された光パルスが、上記標本化光パ
ルスの入力によって決まる時間に上記光信号の値を表
す、当該干渉計と、上記標本化された光パルスを表わす
電気的なデータ信号を得るよう動作する検出器と、上記
電気的なデータ信号よりアイ測定データを得るよう動作
するプロセッサであって、このアイ測定データは、上記
光信号のアイ・パターンを表わす、当該プロセッサとを
備える光信号監視装置を提供する。

【００１４】さらに、他の発明は、光電気通信システム
中を伝送したパルス化された光信号の品質を監視する方
法であって、この光信号は、ビット期間を規定するビッ
ト速度を有する、当該光信号の品質監視方法において、
上記システムの監視位置で上記信号を光学的に標本化し
て、上記ビット期間に対して短い継続時間を有する標本
化された光パルスを得る工程と、上記標本化された光パ
ルスを検出して、電気的なデータ信号を得る工程と、上
記電気的なデータ信号を処理して、上記光信号のアイ・
パターンを表わすアイ測定データを得る工程とを備える
光信号の品質監視方法を提供する。

【００１５】また、他の発明は、光ネットワークにおい
て、複数の光素子と、上記ネットワーク中の個々の位置
に接続された複数の監視手段であって、その各々が上記
ネットワークによって搬送される光信号のアイ・パター
ンを表わすアイ測定データを得るよう動作する当該監視
手段と、上記アイ測定データを比較するよう動作する比
較器とを備え、上記複数の監視手段の内、少なくとも１
つが、上記光信号を光学的に標本化することで、上記ア
イ測定データを得るよう動作する光ネットワークを提供
する。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照して、本発
明に係る実施の形態を説明する。図１は、第１および第
２の半導体光増幅器５，６各々を含む、第１および第２
アーム３，４を有するマッハ・ツェンダー干渉計２を備
える光サンプラ１を示す。パルス発生器７は、標本化光
パルス８を生成し、これらのパルスは、第１の入力導波
路１１を介して、第１および第２のアーム３，４各々に
入力され、出力導波路９で再結合されて、標本化された
光パルス１０を形成する。

【００１７】第２の入力導波路１２は、上記第１のアー
ム３に接続されているので、光信号１３を、第２のアー
ム４を横断せずに、第１の半導体光増幅器を介して、標
本化光パルス８の伝搬方向とは逆の方向に導く。この光
信号１３は、光タップ３１によって、ネットワークより
抽出され、自動レベル制御装置（図示せず）によって処
理されて、第２の入力導波路１２へ入力される信号レベ
ルを調整する。

【００１８】上記の半導体光増幅器５，６は、個々にバ
イアスされて、標本化光パルスの各成分の位相を制御す
る。すなわち、光信号１３のいかなる信号パルスもない
場合、出力導波路９に弱め合い干渉状態が存在し、この
干渉状態が、上記第１および第２のアーム３，４を介し
て伝搬された標本化光パルス８の成分間に発生する。そ
れによって、この出力導波路９にヌル（零）出力が生成
される。

【００１９】光信号１３のパルスが存在する場合には、
上記第１の半導体光増幅器５の活性媒体中に交差位相変
調が発生し、その結果、この第１の半導体光増幅器を介
して伝搬する制御光パルスの成分に、位相推移が誘起さ
れる。従って、干渉計２の干渉状態が変化し、出力は、
もはやヌルにはならず、光信号パルス１３の振幅に従っ
て決定された振幅で、標本化された光パルス１０が生成
される。

【００２０】標本化光パルス８は、光信号のビット期間
よりも、概して短いパルス長を有するよう生成されるた
め、干渉状態を判定する際における、この光信号パルス
１３の有効振幅は、この標本化光パルスのタイミングに
よって決まる。それは、標本化光パルスと光信号パルス
とが一致するときにのみ、標本化された光パルスが生成
されるためである。

【００２１】検出器１４は、標本化された光パルス１０
を光電変換し、データ・サンプル１５に変換された電気
信号を、アナログ／ディジタル変換器１６を介して出力
する。その結果、このデータ・サンプルは、プロセッサ
１７に入力される。このプロセッサ１７は、出力装置１
８に出力を与える。この出力装置１８は、例えば、アイ
・ダイアグラムを表示する表示モニタでも、あるいは、
遠隔地にアイ・ダイアグラム・データやアイ測定パラメ
ータを通信する通信リンクでもよい。プロセッサ１７
は、パルス発生器７を制御し、また、第１および第２半
導体光増幅器５，６のバイアスを制御する。

【００２２】図２に示すように、出力装置１８は、アイ
・モニタ２０，２１，２２各々から、個別の入力を受信
する比較器１９であり、これらアイ・モニタ２０，２
１，２２各々が、図１を参照して説明した装置に対応す
る。アイ・モニタ２０，２１，２２は、光ネットワーク
２３中の異なる監視位置において接続されている。これ
らの監視位置は、個々の光素子Ａ，Ｂ，Ｃの下流側であ
る。

【００２３】素子Ａ，Ｂ，Ｃは、個々に制御システム２
４，２５，２６を有する。各システムは、比較器１９か
らのエラー信号に応答する。このエラー信号は、光信号
１３の劣化が識別され、その劣化源が、その制御システ
ムによって制御される特定の光素子にあることを示して
いる。この制御システム２４，２５、あるいは２６は、
光素子Ａ，Ｂ、またはＣの適切な制御による是正措置を
実行して、劣化源を削減したり、除去することができ、
あるいは、保守が必要となる箇所の指示を提供する。

【００２４】比較器１９は、アイ・モニタ２０，２１，
２２各々から得たアイ・パラメータを比較することによ
って、劣化源の位置を決定する。この源と劣化の位置
は、信号のアイが劣化しているという最初の表示が発生
する場所の上流側にあると仮定される。

【００２５】比較器１９はまた、警告システム２７と図
式されているように、警告を発し、システム・オペレー
タに故障または劣化の存在について注意を喚起する。

【００２６】上記の例では、光ネットワーク２３は、デ
ータを１０Ｇｂ／ｓのビット速度で送信する。また、パ
ルス発生器７は、１０ピコ秒のパルス長の標本化光パル
ス８を生成する。このため、この標本化光パルス８は、
光信号のビット期間である１００ピコ秒よりも、かなり
短い。

【００２７】検出器１４の動作と、その後のデータ・サ
ンプル１５の処理を簡単にするため、標本化光パルス
が、光信号１３のパルス周波数よりも、かなり低い標本
化周波数ｆ_sで生成される。この標本化周波数ｆ_sは、光
信号のビット速度に対応する実際の周波数ｆ₀の低調波
（サブハーモニック）より、わずかにオフセットするよ
う選択される。このオフセットは、周波数の増加分Δｆ
に対応し、その増加分は、光信号の連続サンプルを異な
る位相で採り、データ・サンプルが、少なくとも１つの
全ビット期間以上のアイ・ダイアグラムを示すことが確
実にできるに十分なものである。

【００２８】実際には、ｆ₀の正確な値は分からないの
で、パルス発生器７は、ｆ₀の最も有効な推定値に対応
する推定周波数ｆ_eに基づいて動作する必要がある。こ
の推定周波数は、パルス発生器（一般的には、水晶発振
器）の周波数標準に対する光信号の測定をもとにしても
よいし、あるいは、例えば、ネットワーク２３より得ら
れる外部クロック信号を源にしてもよい。外部クロック
は、一般的に、アイ・モニタが送信器の近傍にあるとい
う、限られた場合においてのみ有効である。従って、ほ
とんどの場合、ｆ_eを局部的に決定する必要がある。こ
れは、例えば、プロセッサ１７によるデータ・サンプル
上で実行される高速フーリエ変換処理によって行っても
よい。そこで、この周波数の増加分Δｆを決定するアル
ゴリズムを説明する。そのアルゴリズムを、図３のフロ
ーチャートに示す。

【００２９】光パワーｐ_iのサンプルは、アレイ状に蓄
積される。そのアレイの大きさは、高速フーリエ変換分
析に好都合なように選択され、本実施の形態では、それ
を１０２４とする（図３のステップＳ１，Ｓ２）。そし
て、ステップＳ３で、ｐ_iサンプルの平均値が算出さ
れ、アレイの各サンプルから、ステップＳ４で、この平
均値を減算する。

【００３０】続いて、サンプル処理に非線形性を導入す
べく、この演算で得られたサンプルの絶対値が算出され
る（ステップＳ５）。なお、このサンプルは、フーリエ
分析によって、推定周波数ｆ_eに対応するクロック信号
（ｃｌｏｃｋｔｏｎｅ）として検出できる（ステップ
Ｓ６）。

【００３１】フーリエ変換は、標準の高速フーリエ変換
アルゴリズムを用いて行われ、スペクトルの最初の非０
周波数ピークをｆ_eの初期値と決定する（ステップＳ
７）。

【００３２】アイ測定は、ｆ_s＝ｆ_e＋Δｆより計算され
た標本化周波数ｆ_sを用いて行われる。演算で得られた
データの分析によって、アイ開口の測定結果が得られた
かどうかが明らかになる。アイ開口の測定結果が得られ
なければ、新たなサンプルを得て、増大させた周波数増
加分Δｆ’を用いて、プロセッサによって標本化周波数
ｆ_sを再計算する（ステップＳ１０，Ｓ１１，Ｓ１
２）。アイ開口が明確でない場合には、有効な光信号が
存在しない、と結論できる（ステップＳ１３）。

【００３３】上記のアイ・ダイアグラムは、標準アルゴ
リズムを用いて分析され、図４に示すように、どのサン
プル・データが、どの程度、位相ウインドウ２８を侵し
ているかを規定する、歪率のようなパラメータを算出す
るようにしてもよい。図４では、アイ・ダイアグラム
は、完全な理論曲線２９、および、実際のシステムにお
ける劣化を表わす内部アイ境界曲線３０として図式的に
示されている。図４のアイ・ダイアグラムは、本質的に
は、時間に対する光信号の経路をプロットしたもので、
蓄積されたデータ点の軌跡を示す曲線を有する。ｐ₁，
ｐ₀は、連続する論理状態１と論理状態０各々に対応す
るパワー・レベルを表わす。

【００３４】図４のアイ開口の高さＸは、Ｑ＝ｘ／（σ
₁＋σ₀）で定義される品質係数Ｑの計算に用いられる。
ここで、σ₁は、位相ウインドウ２８に対応する位相値
のｐ₁に対するデータの測定標準偏差である。また、σ₀
は、位相ウインドウ２８に対応する位相値のｐ₀に対す
るデータの測定標準偏差である。

【００３５】従って、σ₁とσ₀は、論理１と論理０の信
号状態のアイ開口におけるノイズ・パワーを表わす。ガ
ウス分布を仮定し、例えば、Ｑ＝６に対応するビット誤
り率１０^-9とした場合、Ｑの値を、直接、ビット誤り率
に関連づけることができる。

【００３６】このようなパラメータは、プロセッサより
出力させるようにしてもよいし、制御システム２４，２
５，２６への入力として用いて、パラメータを評価し、
光ネットワーク２３の光素子Ａ，Ｂ，Ｃを制御するよう
にしてもよい。さらに、あるいはその代わりに、このよ
うなパラメータを、パラメータを評価するよう動作可能
であって、それらのパラメータが所定の基準に合致しな
いときには、警告信号を発する警告システム２７に入力
するようにしてもよい。特に、この制御システムと警告
システム２７は、自己位相変調と交差位相変調の影響に
応ずるよう配してもよい。

【００３７】図７は、ＳＰＭ（自己位相変調）の顕著な
特性を示しており、シミュレートしたアイ・ダイグラム
（ａ），（ｂ）は、それぞれが、ＳＰＭなしの場合とＳ
ＰＭありの場合の光信号に対応している。ＳＰＭは、ア
イ・ダイグラム中で、アイ開口の頂点が尖ったり、鋭く
なったりする影響により、また、下部の「まぶた」がつ
り上がったり、広くなったりすることで識別できる。

【００３８】図８は、ＣＰＭ（交差位相変調）の特徴的
な様相を示しており、アイ・ダイグラム（ａ），（ｂ）
がそれぞれ、ＣＰＭなしの光信号、ＣＰＭありの光信号
に対応している。このＣＰＭの特徴は、アイの頂点に現
れる偏倚（エクスカーション）と発振である。また、図
８のアイ・ダイグラム（ｃ），（ｄ）は、さらにＣＰＭ
とＳＰＭが付加されたときの、累積効果を示している。

【００３９】プロセッサ１７は、アイ測定データを評価
することによって、上述のＣＰＭとＳＰＭの特徴を検出
し、また、適切な警告信号を発し、および／または、そ
れに応じて、信号を制御するようプログラムされている

【００４０】図１の干渉計２は、連続的な動作が必須で
はないため、定期的に較正するようにしてもよい。代表
的な較正ルーチンを、以下に示す。

【００４１】第１の半導体光増幅器５がオフ状態とな
り、（光信号１３がない場合の）標本化光パルスの一定
出力レベルが、検出器１４によって測定される。その
後、第１の光増幅器５がオンとなり、第２の半導体光増
幅器６がオフとなって、上記の工程が繰り返される。そ
して、検出された出力が、第２の半導体光増幅器に関し
て記録された出力と一致するまで、第１の半導体光増幅
器のゲインが調整される。このように、同等なパワー出
力が行われるようにすることで、干渉状態が最適化され
る。プロセッサ１７は、上記の較正ルーチンを実行する
ようプログラムされている。

【００４２】図５は、アイ測定と、光信号１３の光再生
とを合体する方法を示している。データ・タップ接続３
１，３２は、第１の干渉計に入力される光信号１３を供
給する。この干渉計は、一般的には、図１を参照して説
明したのと同じ方法で、光サンプラとして動作する。光
信号１３はまた、光クロック回復システム３４を構成す
る第２の干渉計３３にも入力される。

【００４３】上記第２の干渉計２について、対応する構
成要素に適切な場合、前出の図に対応する参照符号を使
用して説明する。この第２の干渉計２は、第１および第
２の半導体光増幅器（ＳＯＡ）５，６からなる、第１お
よび第２のアーム３，４によって構成されている。標本
化パルス８は、パルス発生器７より、標本化周波数ｆ_s
で標本化クロックの形で生成される。この標本化周波数
ｆ_sは、光信号１３のビット速度に対応する推定周波数
ｆ_eのサブハーモニックよりオフセットされている。

【００４４】標本化光パルス８を干渉計２へ入力するこ
とで、それらが、第１および第２のアーム３，４両方を
介して伝搬し、導波路１１で再結合される。この導波路
１１からは、第１の干渉計２にある干渉状態に従って、
標本化されたパルスが出力される。上記の光信号１３を
第１の干渉計２に入力することで、第１のアーム３のみ
を介して、また、第１の半導体光増幅器５のみを介して
伝搬する。よって、標本化パルス８のいずれかのパルス
のタイミングで決まる瞬間に、標本化されたパルスを決
定する干渉状態が、光信号１３の瞬時振幅によって設定
される。そして、図１を参照して説明し、また、図５
に、データ分析および制御ユニット３５で示した方法に
よって、上記の標本化された光パルスが分析され、制御
目的で使用される。

【００４５】データ・クロック・パルス発生器３６は、
パルス形式で、データ・クロック・パルス３７を出力す
る。これらのパルスは、光信号１３のビット期間に対し
て期間が短く、また、図４の全開アイに一致するようタ
イミングがとられる。データ・クロック・パルス３７
は、第１および第２のアーム３，４に同等に結合された
第１の導波路１１を介して入力され、第１の干渉計２を
通って伝搬する。その結果、再生された出力データ・パ
ルス３８が、出力導波路９を介して、第１の干渉計２か
ら出力される。

【００４６】データ・クロック・パルス３７は、第１の
干渉計を、サンプリング・パルス８に対して逆に伝搬す
る。そして、光パルス８各々における標本化エネルギが
小さいため、データ・クロック・パルス３７は、第１の
干渉計の干渉状態に著しい影響は与えない。

【００４７】上記第１の半導体光増幅器５を介して、第
１のアーム中を伝搬した、データ・タップ接続３１から
の光信号１３は、データ・クロック・パルスの分割され
た成分を再結合するため、第１の干渉計２における干渉
状態を決定する。光信号１３の信号パルスが存在する場
合、再生された出力パルス３８は、その信号パルスの瞬
時振幅に依存した振幅と、データ・クロック・パルス３
７のタイミングによって決まるタイミングを有する。こ
のようにして、光信号１３は、図５において、再生デー
タ出力３９によって示すように、再生された出力パルス
・ストリーム３８に変換される。この再生データは、パ
ルス成形処理が行われてから、さらに伝送される。

【００４８】第２の干渉計３３は、位相比較器として機
能し、その出力を検出して、低域通過フィルタをかける
ことで、データ・クロック３６を制御するフィードバッ
ク信号が供給される。この第２の干渉計３３は、第１の
干渉計２と同様の構成を有しており、各々が、第１およ
び第２の半導体光増幅器（ＳＯＡ）４２，４３からなる
第１および第２のアーム４０，４１を備える。データ・
クロック・パルス３７は、第２の干渉計３３に入力され
ることで、第１および第２のアーム４０，４１に同等に
結合され、半導体光増幅器４２，４３によって決まる干
渉状態に従って、出力導波路４４で再結合される。

【００４９】データ・タップ接続３２からの光信号１３
は、第１のアーム４０を介して、逆に伝搬されるので、
第１の半導体光増幅器４２を逆に伝搬する。これら半導
体光増幅器４２，４３は、以下のようにバイアスされ
る。すなわち、データ・クロック・パルス３７によって
標本化される際、光信号１３の瞬時振幅が、この光信号
のピーク・レベルの５０パーセントであるときに、干渉
状態が、出力導波路４４で最大の強め合い干渉を与える
ようバイアスされる。

【００５０】図６は、第２の干渉計３３における波形を
概略的に示す。ここで、波形Ａは、データ・クロック・
パルス３７に対応し、波形Ｂは光信号１３に、そして、
波形Ｃは、出力導波路４４の出力信号に対応する。

【００５１】導波路４４に接続される検出器４５は、光
信号の波形が、そのハイ状態とロー状態の中間で標本化
されるときに、ピーク出力を受信する。その結果、デー
タ・クロック３６の位相がずれて、光信号１３と同期が
とれない状態でクロック・パルス３７をとることになれ
ば、波形Ｃで示す出力ピークの振幅は減少する。また、
検出器の出力にはフィルタがかけられ、それが、どのよ
うな位相のずれをも補償する制御器を含むデータ・クロ
ック発生器３６にフィードバックされる。

【００５２】図５の装置では、パルス発生器７は、ｆ_e
より算出した標本化周波数ｆ_sで動作する。このｆ_eは、
データ・クロックよりとったものである。

【００５３】標本化クロック・パルスの波長が、データ
・クロック・パルス３７の波長と同じであれば、有利に
働く。これは、同じレーザからパルスを取り出すこと
で、また、別々に変調して、標本化光パルスとデータ・
クロック・パルスを供給する前に分割されたレーザから
連続波出力をとることで達成される。同相の波長を用い
ることも有利に働く。それは、その波長によって、第１
の干渉計における干渉状態が、アイ・モニタ処理用の再
生と標本化の両方に対して最適化されるからである。

【００５４】図５の例では、標本化光パルス８とデータ
・クロック・パルス３７は、反対方向に伝搬されるの
で、出力導波路９での分離は不要である。場合によって
は、同じ方向に伝搬することが有利になる。その場合、
異なる波長を用いることができ、出力パルスは、出力導
波路９の波長分割多重分離フィルタを用いて分離され
る。このような装置では、パルス発生器７からの標本化
クロックの波長が、能動的に同調されるため、整合する
干渉状態は、光信号１３の０データ・レベルにおいて生
成される。一方、同時伝搬データ・クロック・パルスと
標本化光パルスは、直交分極状態と出力導波路９におけ
る分極分析を用いることによって、分離できる。

【００５５】例えば、図５に示すように、再生器にアイ
・モニタを含めることによって、再生と監視を実行する
コストは削減され、かつ、再生中における故障監視能力
が増大される。

【００５６】本発明は、交差位相変調と自己位相変調と
による光信号の劣化の監視および修正に特に適用でき
る。このような非線形性は、高周波の信号と関連してお
り、従来の技術を用いては、測定が困難である。上述し
た、半導体光増幅器と導波路を含む干渉計回路は、集積
化した光電子回路内に結合して作り込むことに適してい
る。従って、光接続の数が最小で、低コストのパッケー
ジ化が可能となる。

【００５７】本発明はまた、最も低いパルス速度が、５
１．８４ＭＨｚの周波数に対応しているＳＯＮＥＴ信号
階層を用いた、現存の電気通信ネットワークにも適用で
きる。この周波数の１／３２秒においてハーモニックス
を採ることによって、ほぼ２ＭＨｚの標本化パルス速度
が得られる。これよりも高周波数のＳＯＮＥＴビット速
度は、５１．８４ＭＨｚの倍数であるから、パルス発生
器は、一般の標本化パルス速度を用いて動作できる。

【００５８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
付随する導波路と半導体光増幅器を有する干渉計が、例
えば、リン化インジウム・サブストレートに基づく層状
半導体構造のような集積化構造の一部をなすことで、製
造が容易になり、かつ、組立に要する光結合の数を最小
限にすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】干渉計からなる光サンプラの概略を示す図で
ある。

【図２】複数のアイ・モニタを有する通信システムの
概略を示す図である。

【図３】高速フーリエ変換処理を含む、アイ測定デー
タの決定アルゴリズムを示すフローチャートである。

【図４】アイ・ダイアグラムの概略を示す図である。

【図５】アイ測定データの生成と光信号の再生の両方
を行う装置の概略を示す図である。

【図６】図５の装置における、光信号の波形を概略的
に示す図である。

【図７】ＳＰＭなし、ＳＰＭありの場合の光信号に対
するシミュレートしたアイ・ダイアグラムを示す図であ
る。

【図８】シミュレートしたアイ・ダイアグラム、およ
びＣＰＭとＳＰＭの進行を示す図である。

【符号の説明】

２…干渉計、３，４０…第１のアーム、４，４１…第２
のアーム、５，４２…第１の半導体光増幅器、６，４３
…第２の半導体光増幅器、７…パルス発生器、８…標本
化光パルス、９，４４…出力導波路、１０…標本化され
た光パルス、１１…導波路、１２…さらなる入力、１３
…光信号、１４…検出器、１５…データ・サンプル、１
６…Ａ／Ｄ変換器、１７…プロセッサ、１８…出力装
置、１９…比較器、２０〜２２…監視手段（アイ・テス
ト）、２３…光ネットワーク、２４〜２６…制御システ
ム、２７…警告手段、３３…第２の干渉計、３４…光ク
ロック回復システム、３５…データ分析および制御ユニ
ット、３６…データ・クロック・パルス発生器、３７…
光クロック・パルス、３９…再生データ出力、４５…検
出器

フロントページの続き (71)出願人 390023157 ＴＨＥＷＯＲＬＤＴＲＡＤＥＣＥＮＴＲＥＯＦＭＯＮＴＲＥＡＬ，ＭＯＮＴＲＥＡＬ，ＱＵＥＢＥＣＨ２Ｙ３Ｙ４，ＣＡＮＡＤＡ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ビット期間を規定するビット速度を有す
るパルス化された光信号（１３）を監視する光信号監視
方法において、前記光信号のビット期間に対して短い継続期間を有する
標本化光パルス（８）を生成する工程と、前記標本化光パルスを干渉計（２）に入力する工程と、前記光信号を前記干渉計に入力することで、その干渉計
の干渉状態を、前記光信号に依存する程度まで変更する
工程と、前記干渉状態に従って変調された前記標本化光パルスか
らなる標本化された光パルス（１０）を出力すること
で、この標本化された光パルスが、前記標本化光パルス
の入力によって決まる時間に前記光信号の値を表すよう
にする工程と、前記標本化された光パルスを検出して電気的なデータ信
号を得る工程と、前記電気的なデータ信号を処理して、前記光信号のアイ
・パターンを表わすアイ測定データを得る工程とを備え
ることを特徴とする光信号監視方法。
【請求項２】前記干渉計は、第１および第２のアーム
（３，４）を備え、当該方法は、これら第１および第２
のアーム各々を介して、前記標本化光パルスを送信し、
前記標本化された光パルスとして再結合するとともに、
前記第１のアームを介して前記光信号を伝搬して、この
第１のアームを構成する媒体で発生する、前記光信号と
標本化光パルスとの間の交差変調によって、前記干渉状
態を変化させる工程を含むことを特徴とする請求項１記
載の光信号監視方法。
【請求項３】少なくとも前記第１のアームは、前記媒
体を規定する半導体光増幅器（５）を備えることを特徴
とする請求項２記載の光信号監視方法。
【請求項４】所定の伝達関数に従って前記データ信号
を変換して、標本化された、実質的に前記光信号に比例
したデータ信号の値を得る工程を含むことを特徴とする
請求項１乃至３のいずれかに記載の光信号監視方法。
【請求項５】前記標本化光信号は、前記ビット速度に
実質的に対応する基本周波数値のサブハーモニックより
オフセットされた標本化周波数で生成され、この標本化
周波数は、前記光信号の複数の異なる位相値に対してデ
ータ・サンプルが得られるよう選択された、周波数増加
分によってオフセットされていることを特徴とする請求
項１乃至４のいずれかに記載の光信号監視方法。
【請求項６】前記データ・サンプルに高速フーリエ変
換処理を行うことによって、前記基本周波数値を決定す
る工程を含むことを特徴とする請求項５記載の光信号監
視方法。
【請求項７】前記光信号に施されたクロック回復処理
によってクロック信号を生成し、また、前記標本化光パ
ルスのタイミングが前記クロック信号との関係で決まる
よう、当該標本化光パルスを生成する工程を含むことを
特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の光信号監
視方法。
【請求項８】前記クロック信号を用いて前記光信号を
再生する工程を含むことを特徴とする請求項７記載の光
信号監視方法。
【請求項９】前記光信号のビット期間に対して短い継
続期間を有する光クロック・パルス（３７）の形で、前
記クロック信号を前記干渉計に入力する工程と、前記光信号を前記干渉計に入力して、この干渉計の干渉
状態を、前記光信号に依存する程度まで変更する工程
と、前記干渉状態に従って変調された前記光クロック・パル
スからなる再生信号パルス（３８）を出力する工程とを
含むことを特徴とする請求項８記載の光信号監視方法。
【請求項１０】第２の干渉計（３３）の動作によっ
て、前記クロック信号が回復することを特徴とする請求
項７記載の光信号監視方法。
【請求項１１】前記アイ測定データを表わすアイ・パ
ターンを表示する工程を含むことを特徴とする請求項１
乃至１０のいずれかに記載の光信号監視方法。
【請求項１２】前記光信号の品質を表わす性能パラメ
ータを、前記アイ測定データから抽出する工程を含むこ
とを特徴とする請求項１乃至１１のいずれかに記載の光
信号監視方法。
【請求項１３】前記パラメータを制御手段（１９，２
４，２５，２６）に出力し、前記パラメータの値に依存
して前記制御手段を動作させることによって、光ネット
ワーク（２３）の素子（Ａ，Ｂ，Ｃ）を制御する工程を
含むことを特徴とする請求項１２記載の光信号監視方
法。
【請求項１４】前記性能パラメータを評価して、エラ
ー状態を検出し、前記光信号の劣化を示すエラー信号を
出力する工程を含むことを特徴とする請求項１２記載の
光信号監視方法。
【請求項１５】前記光信号が伝搬される光ネットワー
ク中の複数の位置（Ａ，Ｂ，Ｃ）において前記光信号を
監視する工程と、前記位置の各々における監視によって得られたアイ測定
データを比較する工程と、前記比較によって、前記光信号中の劣化源の位置を特定
する工程とを含むことを特徴とする請求項１乃至１４の
いずれかに記載の光信号監視方法。
【請求項１６】前記ネットワークの素子を前記光信号
の劣化源と識別し、その素子の動作を制御して、前記劣
化を減少させる工程を含むことを特徴とする請求項１５
記載の光信号監視方法。
【請求項１７】ビット期間を規定するビット速度を有
するパルス化された光信号を監視する光信号監視装置に
おいて、前記光信号のビット期間に対して短い継続期間を有する
標本化光パルス（８）を生成するよう動作するパルス発
生器（７）と、前記標本化光パルスを受信する入力と、前記光信号を受
信するさらなる入力（１２）とを有する干渉計（２）で
あって、この干渉計の干渉状態を、前記光信号に依存す
る程度まで変更し、また、前記干渉状態に従って変調さ
れた前記標本化光パルスからなる標本化された光パルス
（１０）を出力するよう動作する出力（９）を有し、そ
れによって、この標本化された光パルスが、前記標本化
光パルスの入力によって決まる時間に前記光信号の値を
表す、当該干渉計と、前記標本化された光パルスを表わす電気的なデータ信号
を得るよう動作する検出器（１４）と、前記電気的なデータ信号よりアイ測定データを得るよう
動作するプロセッサ（１７）であって、このアイ測定デ
ータは、前記光信号のアイ・パターンを表わす、当該プ
ロセッサとを備えることを特徴とする光信号監視装置。
【請求項１８】前記干渉計は、第１および第２のアー
ム（３，４）を備え、当該装置は、これら第１および第
２のアーム各々に前記標本化光パルスを結合し、かつ、
これら第１および第２のアームを介して送信した後、前
記標本化された光パルスとして再結合する手段を含み、前記第１のアームは、前記光信号と標本化光パルスとの
間の交差変調を与える媒体を備え、これによって、前記
干渉状態が、前記第１のアームを介した前記光信号の伝
搬によって変更されることを特徴とする請求項１７記載
の光信号監視装置。
【請求項１９】前記第１のアームは、前記媒体を規定
する半導体光増幅器（５）を備えることを特徴とする請
求項１７あるいは１８記載の光信号監視装置。
【請求項２０】前記プロセッサは、所定の伝達関数に
従って前記データ信号を変換するよう動作することで、
標本化された、実質的に前記光信号に比例したデータ信
号の値を得ることを特徴とする請求項１７乃至１９のい
ずれかに記載の光信号監視装置。
【請求項２１】前記パルス発生器は、前記ビット速度
に実質的に対応する基本周波数値のサブハーモニックよ
りオフセットされた標本化周波数で、前記標本化光信号
を生成するよう動作し、この標本化周波数は、前記光信
号の複数の異なる位相値に対してデータ・サンプルが得
られるよう選択された、周波数増加分によってオフセッ
トされていることを特徴とする請求項１７乃至２０のい
ずれかに記載の光信号監視装置。
【請求項２２】前記プロセッサは、前記データ・サン
プルに高速フーリエ変換処理を行うことによって、前記
基本周波数値を決定するよう動作することを特徴とする
請求項２１記載の光信号監視装置。
【請求項２３】当該装置は、前記光信号より分離した
クロック信号を生成するよう動作するクロック回復シス
テム（３４）を備え、前記パルス発生器が、前記標本化
光パルスを生成するよう動作することで、この標本化光
パルスのタイミングが前記クロック信号との関係で決ま
ることを特徴とする請求項１７乃至２２のいずれかに記
載の光信号監視装置。
【請求項２４】前記クロック信号を用いて前記光信号
を再生するよう動作する再生手段（２）を含むことを特
徴とする請求項１７乃至２３のいずれかに記載の光信号
監視装置。
【請求項２５】前記干渉計は、前記光信号のビット期
間に対して短い継続期間を有する光クロック・パルス
（３７）の形で、前記クロック信号を入力する手段と、前記光信号を前記干渉計に入力して、この干渉計の干渉
状態を、前記光信号に依存する程度まで変更する手段と
を備え、前記再生手段は、前記干渉状態に従って変調された前記
光クロック・パルスからなる再生信号パルスを出力する
よう動作する前記干渉計によって構成されることを特徴
とする請求項２４記載の光信号監視装置。
【請求項２６】前記クロック回復システムは、第２の
干渉計（３３）を備えることを特徴とする請求項２３記
載の光信号監視装置。
【請求項２７】前記アイ測定データを表わすアイ・パ
ターンを表示するよう動作する表示手段（１８）を備え
ることを特徴とする請求項１７乃至２６のいずれかに記
載の光信号監視装置。
【請求項２８】前記プロセッサは、前記光信号の品質
を表わす性能パラメータを、前記アイ測定データから抽
出するよう動作することを特徴とする請求項１７乃至２
７のいずれかに記載の光信号監視装置。
【請求項２９】前記プロセッサは、前記パラメータを
制御手段（１９，２４，２５，２６）に出力するよう動
作し、前記制御手段は、前記パラメータの値に依存し
て、前記光ネットワーク（２３）の素子（Ａ，Ｂ，Ｃ）
を制御するよう動作することを特徴とする請求項２８記
載の光信号監視装置。
【請求項３０】前記プロセッサは、前記性能パラメー
タを評価して、エラー状態を検出するよう動作し、さら
に、前記光信号の劣化を示すエラー信号を出力する手段
（２７）を備えることを特徴とする請求項２８記載の光
信号監視装置。
【請求項３１】前記光信号が伝搬する光ネットワーク
（２３）であって、この光ネットワーク中の各位置
（Ａ，Ｂ，Ｃ）には、複数の前記監視装置（２０，２
１，２２）が位置し、かつ、それらの装置が、前記位置
で個々のアイ測定データを得るよう動作する、当該光ネ
ットワークと、さらに、前記各位置での監視によって得たアイ測定デー
タを比較し、かつ、この比較の結果より、前記光信号中
の劣化源の位置を特定するよう動作する比較器（１９）
とを備えることを特徴とする請求項１７乃至３０のいず
れかに記載の光信号監視装置。
【請求項３２】前記比較器は、前記ネットワークの素
子を前記光信号の劣化源と識別するよう動作し、さらに、前記素子の動作を制御して、前記劣化を減少さ
せるよう動作する制御手段（２４，２５，２６）を備え
ることを特徴とする請求項３１記載の光信号監視装置。
【請求項３３】光電気通信システム中を伝送したパル
ス化された光信号の品質を監視する方法であって、この
光信号は、ビット期間を規定するビット速度を有する、
当該光信号の品質監視方法において、前記システムの監視位置（Ａ，Ｂ，Ｃ）で前記信号を光
学的に標本化して、前記ビット期間に対して短い継続時
間を有する標本化された光パルス（１３）を得る工程
と、前記標本化された光パルスを検出して、電気的なデータ
信号を得る工程と、前記電気的なデータ信号を処理して、前記光信号のアイ
・パターンを表わすアイ測定データを得る工程とを備え
ることを特徴とする光信号の品質監視方法。
【請求項３４】当該光信号の品質監視方法は、前記シ
ステムの複数の監視位置（Ａ，Ｂ，Ｃ）で実行され、ま
た、その監視位置を介して、前記光信号が伝送され、さらに、個々の監視位置での監視により得られたアイ測
定データを比較する工程と、前記比較の結果から、前記光信号の劣化源を特定する工
程とを備えることを特徴とする請求項３３記載の光信号
の品質監視方法。
【請求項３５】前記アイ測定データより、前記光信号
の品質を表わす性能パラメータを抽出する工程と、前記性能パラメータを制御手段へ出力し、また、この性
能パラメータの値に依存して、前記制御手段を動作させ
ることによって、前記光電気通信システムの素子を制御
する工程とを備えることを特徴とする請求項３３乃至３
４のいずれかに記載の光信号の品質監視方法。
【請求項３６】前記アイ測定データより、前記光信号
の品質を表わす性能パラメータを抽出する工程と、所定の基準に従って前記性能パラメータを評価する工程
と、前記性能パラメータが前記所定の基準に合致しない場
合、前記光信号の品質が劣化していることを示す警告信
号を生成する工程とを備えることを特徴とする請求項３
３乃至３５のいずれかに記載の光信号の品質監視方法。
【請求項３７】信号を光学的に標本化する前記工程
は、前記光信号のビット期間に対して短い継続期間を有する
標本化光パルス（８）を生成する工程と、前記標本化光パルスを干渉計（２）に入力する工程と、前記光信号を前記干渉計に入力して、その光信号に依存
する程度まで、前記干渉計の干渉状態を変更する工程
と、前記干渉状態に従って変調された前記標本化光パルスか
らなる、標本化された光パルス（１０）を出力すること
で、その標本化された光パルスが、前記標本化光パルス
の入力により決まる時間に前記光信号の値を表わす工程
とを備えることを特徴とする請求項３３乃至３６のいず
れかに記載の光信号の品質監視方法。
【請求項３８】前記アイ測定データを評価して、前記
光信号中に少なくとも自己位相変調と交差位相変調の１
つが存在することを検出する工程を含むことを特徴とす
る請求項３３乃至３７のいずれかに記載の光信号の品質
監視方法。
【請求項３９】光ネットワークにおいて、複数の光素子（Ａ，Ｂ，Ｃ）と、前記ネットワーク中の
個々の位置に接続された複数の監視手段（２０，２１，
２２）であって、その各々が前記ネットワークによって
搬送される光信号のアイ・パターンを表わすアイ測定デ
ータを得るよう動作する当該監視手段と、前記アイ測定
データを比較するよう動作する比較器（１９）とを備
え、前記複数の監視手段の内、少なくとも１つが、前記光信
号を光学的に標本化することで、前記アイ測定データを
得るよう動作することを特徴とする光ネットワーク。
【請求項４０】前記比較器による前記光信号の劣化の
検出に応じて、前記複数の素子の少なくとも１つを制御
するよう動作する制御手段（２４，２５，２６）を備え
ることを特徴とする請求項３９記載の光ネットワーク。
【請求項４１】前記比較器による前記光信号の劣化の
検出に応じて、警告信号を生成するよう動作する警告手
段（２７）を備えることを特徴とする請求項３９あるい
は４０に記載の光ネットワーク。